(57)【要約】【課題】雰囲気中に飛散した塗料粒子がスプレーガンに付着することを防止し、被塗装物の塗装品質の低下を未然に防止する。【解決手段】塗装装置１は、圧縮空気供給源６から供給された圧縮空気により、塗料供給源５から供給された塗料を霧化するとともに、霧化した塗料粒子を塗装に適した形状に成形して被塗装物１１へ噴霧する。このとき、静電発生装置３は、カスケード１５において交流電源装置４から供給される交流電圧Ｖａｃに応じた負極性の所定の直流電圧Ｖｄｃを発生させて電極１６に印加することにより、塗料粒子を負極性に帯電させるとともに、電極１６を中心とした電磁力線ｍ１を発生させて、負に帯電した塗料粒子と電極１６との間に電気的な反発力を生じさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料を微粒子化してノズルから噴霧するスプレーガンを備えた塗装装置において、
前記ノズルの近傍に位置して、正又は負の直流電圧が印加される電極を有し、該ノズルから噴霧される塗料を、該電極と同極性の所定の低電圧に帯電させる静電発生装置を設けたことを特徴とする塗装装置。
【請求項２】
前記静電発生装置は、前記スプレーガンに外付けされ、入力される交流電圧に応じた直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧発生部に交流電圧を供給する交流電源装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の塗装装置。
【請求項３】
前記静電発生装置は、前記スプレーガンに内蔵され、入力される交流電圧に応じた直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧発生部に交流電圧を供給する交流電源装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の塗装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗料を微粒子化して噴霧するスプレーガンを備えた塗装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スプレーガンに供給された塗料（溶剤塗料、水性塗料などの液体塗料や粉体塗料）を微粒子化し、この微粒子化された塗料（以下、塗料粒子と称する）を被塗装物の表面に塗着させることにより塗装を行う塗装装置が知られている。このような塗装装置では、スプレーガンに圧縮空気を供給して塗料を噴霧するように構成されたものが広く使われており、塗装時における塗装品質を向上させるために、例えば特許文献１には、噴霧パターンを均一化することにより被塗装物の表面に塗料を均一に塗着させるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮空気を用いる塗装装置の場合、噴霧された塗料粒子がエア流れから外れたり、或いは被塗装物の表面で跳ね返ったりして雰囲気中に飛散すると、雰囲気中に滞留した塗料粒子がスプレーガンのボディやノズルの近傍などに付着することがある。この場合、単にスプレーガンの表面が塗料で汚れてしまうだけでなく、付着した塗料が乾燥して剥がれ落ち、その塗料片が圧縮空気により搬送されて被塗装物の表面に付着し、塗装品質が低下する虞がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、雰囲気中に飛散した塗料粒子がスプレーガンに付着することを効果的に防止することができ、ひいては付着した塗料に起因する被塗装物の塗装品質の低下を未然に防止することができる塗装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の塗装装置は、塗料を微粒子化してノズルから噴霧するスプレーガンを備えた塗装装置において、前記ノズルの近傍に位置して、正又は負の直流電圧が印加される電極を有し、該ノズルから噴霧される塗料を、該電極と同極性の所定の低電圧に帯電させる静電発生装置を設けたところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００７】
本発明の塗装装置によれば、静電発生装置は電極に直流電圧を印加することにより塗料粒子を該電極と同極性の所定の低電圧に帯電させるので、ノズルの近傍に設けられた電極と塗料粒子との間に電気的な反発力が生じ、雰囲気中に飛散した塗料粒子がノズル（スプレーガン）に付着することを防止できる。この場合、所定の低電圧として、例えば−１Ｖ〜−５０ｋＶの範囲内の電圧を適宜設定することができる。より好ましくは、−１ｋＶ〜−１０ｋＶの範囲内である。要するに、所定の低電圧とは、帯電された塗料粒子と電極（スプレーガン側）との間に電気的な反発力が生じる電圧であればよい。
【０００８】
ところで、この種の塗装分野においては、静電気力を利用して塗料を被塗装物に塗着させる静電塗装という方法（装置）が知られている。この静電塗装装置（静電塗装ガン）は、スプレーガンのボディ内にカスケードと称される直流高電圧発生装置を内蔵し、ノズルから噴霧する塗料を、前記直流高電圧発生装置により負の高電圧（例えば−８０ｋＶ）に帯電させ、陽極とされた被塗装物に対して吸着させるものがある。
【０００９】
このとき、上記した静電塗装装置と、本発明との最も大きな相違点は、塗料を帯電させる電圧の大きさにある。即ち、静電塗装に必要な電圧が、一般に−６０ｋＶ〜−１００ｋＶといったかなりの高電圧であるのに対し、本発明における塗料に帯電させる電圧は、それよりも十分に低いもので済む。これにより、本発明においては、一般的な静電塗装装置のような、大型で大がかりな直流高電圧発生装置は不要となり、静電発生装置をコンパクト、軽量、安価なもので済ませることができる。また、安全性も高いものとなる。
【００１０】
本発明においては、前記静電発生装置を、前記スプレーガンに外付けされ、入力される交流電圧に応じた直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧発生部に交流電圧を供給する交流電源装置とを備えた構成とすることができる（請求項２の発明）。
【００１１】
これによれば、従来より使用されているスプレーガンに静電発生装置を外付けすることができるので、塗装設備等の構成（及びその設置状況）を大きく変更する必要なく、簡易に実施することができる。従って、比較的安価に済ませながら、従来構成の塗装装置に、塗料の付着防止という優れた機能を容易に追加することができる。
【００１２】
或いは、前記静電発生装置を、前記スプレーガンに内蔵され、入力される交流電圧に応じた直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧発生部に交流電圧を供給する交流電源装置とを備える構成としてもよい（請求項３の発明）。
【００１３】
これによれば、直流電圧発生部をスプレーガンに内蔵する構成なので、別体の装置を組付ける必要はなく、また、スプレーガン内における直流電圧発生部の組込み構造、絶縁構造、ノズルに対する電極の位置、配線の接続構造等の各種の事項に関して、予め適した設計を行うことができる。このとき、上記のように、直流電圧発生部自体を比較的コンパクトに済ませることができるので、さほどの大形化、高重量化を伴うことなく、スプレーガン全体を、比較的小型、軽量なもので済ませることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の塗装装置によれば、塗料を所定の低電圧に帯電させた状態で被塗装物に噴霧するように塗装するので、雰囲気中に飛散した塗料粒子がスプレーガンに付着することを効果的に防止することができ、ひいては、塗料の付着に起因する塗装性能及び塗装品質の低下を未然に防止することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、塗装装置の全体構成を概略的に示す図
【図２】スプレーガンを概略的に示す側面図
【図３】静電発生装置の電気的構成を概略的に示す回路図
【図４】本発明の第２の実施形態を示すもので、図２相当図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を複数の実施形態により具体的に説明する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る塗装装置１の全体を概略的に示す図である。塗装装置１は、スプレーガン２、スプレーガン２に外付けされた静電発生装置３、この静電発生装置３に接続されている交流電源装置４、スプレーガン２に接続されている塗料供給源５及び圧縮空気供給源６を備えて構成されている。
【００１７】
スプレーガン２は、電気的絶縁性を有する例えばポリアセタール樹脂やフッ素樹脂などの合成樹脂で形成された、略円筒状のボディ７を備えている。スプレーガン２のボディ７の後端部（図示右側）には、塗料供給源５に接続された塗料供給ホース８、及び圧縮空気供給源６に接続された圧縮空気供給ホース９が接続されている。スプレーガン２には、図示しないポンプなどにより塗料供給源５から塗料が供給され、塗料の噴霧や塗装パターンの形成などに用いられる圧縮空気が圧縮空気供給源６から供給される。
【００１８】
スプレーガン２のボディ７の前端部（図示左側）にはノズル１０が取り付けられており、塗料供給源５から供給された塗料は、このノズル１０から、スプレーガン２の前方に位置する塗装対象である被塗装物１１に対して噴霧される。尚、ボディ７の後端部には取付部材１２が設けられており、スプレーガン２は、この取付部材１２が塗装ラインに設けられた保持部材（図示せず）に保持されることにより、所定の位置に設置される。
【００１９】
静電発生装置３は、電気的絶縁性を有する樹脂材料で形成された、略円環状の本体１３を備えている。静電発生装置３の本体１３は、その内径がスプレーガン２のボディ７の外径よりやや大きく形成されており、スプレーガン２のボディ７が挿入された状態、即ち、スプレーガン２に装着（外付け）された状態になっている。静電発生装置３の本体１３の後端部には、交流電源装置４に接続された電源ケーブル１４が接続されている。静電発生装置３の本体１３は、周方向の一部（上端部）が前方（図示左側）に突出した突出部１３ａを備えており、この突出部１３ａに、詳細は後述するカスケード１５（直流電圧発生部に相当）が内蔵されていると共に、その前端部から突出するように電極１６が設けられている。
【００２０】
次に、スプレーガン２及び静電発生装置３の詳細について説明する。
図２は、スプレーガン２及び静電発生装置３を概略的に示す側面図である。スプレーガン２のボディ７の内部には管状の塗料流路１７が形成されており、塗料供給源５から塗料供給ホース８を介して供給された塗料は、塗料流路１７を流れてノズル１０に設けられた吐出孔１８から吐出される。この塗料流路１７内には、先端が先細りに形成され、塗料流路１７内を前後方向に移動可能なニードル１９が配置されている。ニードル１９は、その先端部が塗料流路１７の小径部１７ａと水密に当接可能に形成されており、この小径部１７ａにおいて、前方に移動した場合には塗料流路１７を閉鎖する一方、後方に移動した場合には塗料流路１７を開放する。尚、図２では、ニードル１９が塗料流路１７を閉鎖している状態を示している。
【００２１】
また、スプレーガン２のボディ７の内部には、圧縮空気供給源６から供給された圧縮空気が流れる複数の空気流路２０が設けられている。スプレーガン２に供給された圧縮空気は、ボディ７内に設けられている空気流路２０を流れてパターン形成エア孔２１から吐出し、パターン形成エアとして利用される。また、圧縮空気は、図示しない他の空気流路を流れて、吐出孔１８の近傍に設けられている図示しない霧化エア孔から吐出し、霧化エアとして利用される。さらに、圧縮空気は、上述したニードル１９を前後方向に駆動するための駆動エアとしても利用される。
【００２２】
図３は、交流電源装置４及びカスケード１５を含む静電発生装置３全体の電気的構成を概略的に示す回路図である。交流電源装置４は、高周波電源回路２２、出力トランス２３から構成されている。商用電源に接続された高周波電源回路２２は、図示しない直流電源及びインバータ回路を有しており、直流電源の出力電圧をインバータ回路にて交流に変換し、出力トランス２３を介して交流電圧Ｖａｃとして出力する。本実施形態では、直流電源の出力電圧は２Ｖ、インバータ回路は２０ｋＨｚの周波数で駆動されており、交流電源装置４からは約２．４Ｖ／２０ｋＨｚの低電圧の交流電圧Ｖａｃが出力される。
【００２３】
カスケード１５は、昇圧トランス２４、倍電圧整流回路２５、出力抵抗２６を備えて構成されており、所定の低電圧の直流電圧Ｖｄｃを発生する。具体的には、カスケード１５は、交流電源装置４から供給された交流電圧Ｖａｃを昇圧トランス２４で昇圧し、例えばコッククロフト−ウォルトン型回路からなる倍電圧整流回路２５により整流し、所定の低電圧の直流電圧Ｖｄｃに変換する。倍電圧整流回路２５の出力端子には出力抵抗２６が接続されており、カスケード１５で発生した直流電圧Ｖｄｃは、出力抵抗２６を介して電極１６に供給される。このとき、前記電極１６は、その先端部が針状をなし、前記ノズル１０の上部に位置して、前方に向けて突出するように設けられている。尚、倍電圧整流回路２５は、回路内のダイオードの向きを変えることにより出力電圧の極性を接地電位に対して正又は負のいずれかにすることができる。
【００２４】
さて、本発明者等の研究によれば、カスケード１５が発生する所定の低電圧として、例えば−１Ｖ〜−５０ｋＶの範囲内の電圧を適宜設定すれば、電極１６においてコロナ放電が発生し、塗料粒子を低電圧に帯電させることができる。より好ましくは、−１ｋＶ〜−１０ｋＶの範囲内である。尚、本実施形態では、カスケード１５は、出力電圧の極性が接地電位に対して負になるように構成されており、例えば、２．４Ｖ／２０ｋＨｚの交流電圧Ｖａｃが供給された場合には、約−５ｋＶの直流電圧Ｖｄｃを発生する。
【００２５】
このような塗装装置１は、塗装作業が行われる塗装ラインに設置される。この塗装ラインには、図示はしないが、被塗装物１１を接地（アース）した状態で保持及び搬送するための搬送装置や、塗装装置１を含む全体の作動を制御するためのライン制御装置などが設けられている。この状態でスプレーガン２の前方（塗料粒子が噴霧される方向。図１では左方）において被塗装物１１をノズル１０に対して相対的に移動させることにより、被塗装物１１の塗装部位を順次移動させながら塗装が行われる。
【００２６】
次に、上記した構成の塗装装置１の作用について説明する。
塗装装置１は、図１に示すように、圧縮空気供給源６から供給された圧縮空気を図示しない霧化エア孔及びパターン形成エア孔２１から吐出することにより、塗料供給源５から供給された塗料を霧化（微粒子化）するとともに、霧化した塗料粒子を塗装に適した形状（塗装パターン）に成形して噴霧する。尚、本実施形態では、例えば、電気的な抵抗が小さい水性塗料が用いられており、塗料は、塗料自体の導電性により、塗料供給ホース８を通して塗料供給源５においてアースされている。
【００２７】
静電発生装置３は、交流電源装置４から供給される交流電圧Ｖａｃに基づいて負極性の所定の直流電圧Ｖｄｃを発生するとともに、その直流電圧Ｖｄｃを電極１６に印加する。これにより、塗料の吐出孔１８の近傍にコロナ放電により負極性のイオン化圏域が形成され、スプレーガン２から噴霧される塗料粒子は、このイオン化圏域を通過することにより電極１６と同じ負極性に帯電される。帯電した塗料粒子は、圧縮空気のエア流れに搬送されて被塗装物１１の表面に達し被塗装物１１に塗着する。
【００２８】
このとき、静電発生装置３は、塗料粒子を帯電させるとともに、スプレーガン２の近傍に、電極１６を中心としてスプレーガン２を覆うような電磁力線ｍ１を形成する。そのため、エア流れから外れたり、被塗装物１１の表面で跳ね返ったりして雰囲気中に塗料粒子が飛散している状態であっても、負に帯電した塗料粒子は、電極１６により形成される電磁力線ｍ１との間に生じる電気的な反発力により、スプレーガン２側への移動が制限される。
【００２９】
このように、静電発生装置３を外付けされた塗装装置１では、電極１６を中心としてスプレーガン２を覆うような一種の防護域が形成され、雰囲気中に飛散した塗料粒子がスプレーガン２に付着することが防止される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態による塗装装置１によれば次のような効果を奏する。
塗装装置１は、静電発生装置３により塗料粒子を負の低電圧に帯電させているので、塗料粒子の電位とスプレーガン２（電極１６）側の電位とが同じ負極性になることにより電気的反発力が生じ、塗料粒子のスプレーガン２側への移動が制限される。これにより、雰囲気中に飛散した塗料粒子がスプレーガン２側に付着することが抑制される。従って、スプレーガン２に付着した塗料が剥がれて、エア流れによって被塗装物１１の表面に付着するなどの、塗料の付着に起因する塗装品質の低下を未然に防止することができる。
【００３１】
静電発生装置３は、スプレーガン２に外付けされているので、従来構成のスプレーガン２を使用している製造ラインにおいても、容易に塗料の付着防止という優れた機能を追加することができる。また、静電発生装置３を使用するためには、電源ケーブル１４を追加するだけでよいので、設置に掛かるコストが大幅に上昇することもない。
【００３２】
静電発生装置３は、発生する直流電圧Ｖｄｃが−５ｋＶ程度と低電圧であるため、昇圧トランス２４や倍電圧整流回路２５などの回路に定格の低い（電気的な耐圧や容量が小さい）回路素子を使用することが可能となり、静電発生装置３を小型化・軽量化することができる。また、コストも低減することができる。そのため、従来の設備状況（スプレーガン２の保持治具の強度や設置スペースなど）を大幅に変更することなく、つまり、コストの大幅な増加を招くことなく、塗料の付着防止機能を追加することができる。
【００３３】
−５ｋＶ程度の低電圧で塗料粒子を帯電させているので、静電気力による吸着力よりもエア流れによる搬送力の方が強くなる。そのため、例えば被塗装物１１のエッジ部に電荷が集中することなく、塗装むらが発生する虞を低減することができる。また、電気力線ｍ１が塗料粒子の噴霧パターンに与える影響も少なくすることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。第２の実施形態では、電極及びカスケードをスプレーガンのボディに内蔵している点が第１の実施形態と異なっている。尚、第１の実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、説明の簡略化のために、図１も参照しながら説明する。
【００３５】
図４は、第２の実施形態に係る塗装装置３１のスプレーガン３２を概略的に示す図である。塗装装置３１は、スプレーガン３２、静電発生装置３３、塗料供給源５及び圧縮空気供給源６（ともに図１参照）などから構成されている。スプレーガン３２は、塗料供給源５及び圧縮空気供給源６に接続されており、塗料供給源５から供給された塗料を、圧縮空気供給源６から供給された圧縮空気により微粒子化するとともに、被塗装物１１（図１参照）に対して噴霧する。
【００３６】
静電発生装置３３は、第１の実施形態と同様に、カスケード３４及び電極３５を備えている。カスケード３４は、上述したとおり低電圧の直流電圧Ｖｄｃを発生することができればよいため、回路素子などに小型のものを使用することが可能である。そのため、本実施形態では、小型化されたカスケード３４は、スプレーガン３２の内部に設けられている。そして、前記電極３５は、その先端部が針状をなしており、前記ノズル１０内の塗料流路１７の外側近傍（図４で下部）に位置して設けられている。尚、カスケード３４及び交流電源装置４の電気的な構成は、図３に示すものと同一であるので説明を省略する。
【００３７】
スプレーガン３２の後端部（図示右側）には、カスケード３４に交流電圧Ｖａｃを供給するために、交流電源装置４（図１参照）に接続された電源ケーブル１４が接続されている。カスケード３４は、交流電源装置４から供給された交流電圧Ｖａｃを所定の低電圧の直流電圧Ｖｄｃ（約−５ｋＶ）に変換し、電極３５に供給する。これにより、電極３５を中心としてスプレーガン３２を覆うような電磁力線ｍ１（図１参照）が発生し、電極３５により形成される負のイオン化圏域を通過して負に帯電された塗料粒子がスプレーガン３２の方へ接近することが防止される。
【００３８】
このような塗装装置３１によれば、スプレーガン３２から噴霧された塗料粒子がスプレーガン３２へ付着することが防止できるなど、第１の実施形態と同様の効果を奏する。特に、第２の実施形態では、カスケード３４及び電極３５をスプレーガン３２に内蔵しているので、カスケード３４の組込み構造、絶縁構造、前記ノズル１０に対する電極３５の位置、電源ケーブル１４の接続構造等の、スプレーガン３２における各種の事項について、予め最適な設計を行うことができる。しかも、カスケード３４自体を比較的コンパクトに済ませることができるので、スプレーガン３２全体を、比較的小型、軽量なもので済ませることができる。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で次のような拡張或いは変更が可能である。
【００４０】
直流電圧の大きさ、交流電圧の電圧・周波数などは、各実施形態における例示に限定されず、塗料や圧縮空気の流量、或いは被塗装物の種類などにより適宜設定すればよい。
各実施形態においては、本発明を自動式スプレーガンに適用した例を示したが、手動式スプレーガンに適用してもよい。この場合、例えば手動式スプレーガンの操作レバー（塗装開始用のスイッチ）を、静電発生装置の動作開始スイッチとして兼用するようにすれば、作業者がその場で静電発生装置の動作をオン／オフできるので作業効率が向上するとともに、スプレーガンを持ち運ぶ際の安全性が向上する。
【００４１】
電極を１つ設けた例を示したが、複数の電極をノズルの周囲に配置したり、スプレーガンの前端部だけでなく後端部などにも配置したりする構成にしてもよい。電極の形状や設ける位置についても、種々の変更が可能である。さらには、交流電源装置として、例えば空気タービン式発電機などの小型の発電機を採用し、これをカスケードとともにスプレーガンに組込む、或いは外付けする構成としてもよい。
【００４２】
溶剤系塗料や粉末塗料のように電気的な抵抗が高い塗料を用いる場合には、塗料を直接的に帯電させるための電極と、付着防止用の電極とを設け、直流電圧発生部の出力をその両方に供給するような構成にしてもよい。その際、両者の電極の極性が異なってもよい。要するに、帯電した塗料粒子の電位と付着防止用の電極に印加される電位とが同極性になっていればよい。
【００４３】
塗装装置は、塗料供給源（塗料供給ホース含む）、圧縮空気供給源（圧縮空気供給ホース含む）をそれぞれ複数個ずつ備える構成であってもよい。また、回転体を備え、遠心力により塗料を微粒子化するスプレーガンを備えた塗装装置などに適用してもよい。或いは、スプレーガンと塗料供給源とを塗料供給ホースで接続するのではなく、スプレーガンと塗料カップとが一体に構成された、所謂カップ式のスプレーガンを使用する粉体用の塗装装置などに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
図面中、１、３１は塗装装置、２、３２はスプレーガン、３、３３は静電発生装置、４は交流電源装置、１０はノズル、１１は被塗装物、１５、３４はカスケード（直流電圧発生部）、１６、３５は電極、Ｖａｃは交流電圧、Ｖｄｃは直流電圧を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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